一种镝离子掺杂铝酸钆镧锶黄光激光晶体及其制备方法与应用

本技术涉及一种镝离子掺杂铝酸钆镧锶黄光激光晶体及其制备方法与应用，属于激光晶体材料领域。

背景技术：

1、在诸多波段的激光中，黄光激光(560-590nm)在眼科医学和天文等领域具有很大的实用价值，是科研人员研究的热点。近年来，以激光晶体为工作物质的全固态黄光激光器发展迅速，当前的黄光输出大多需借助非线性光学晶体和混频技术，这势必存在激光器结构相对复杂，激光输出效率低等问题。

2、随着蓝光ingan半导体激光器(ld)的输出功率大幅提升，一种由蓝光ld泵浦dy3+离子掺杂激光晶体，直接输出黄光激光的途径得到了科研人员的关注。目前，使用蓝光ld泵浦，已成功在dy3+:y3al5o12、dy3+:liluf4、dy3+/tb3+:liluf4等晶体中实现了黄光激光输出。不过，由于dy3+离子吸收截面和发射截面较小，激光效率不高，当前还未有dy3+离子掺杂的激光晶体能达到应用水平。因此，探索新的dy3+离子掺杂基质晶体是一个值得关注的研究方向。

技术实现思路

1、根据本技术的一个方面，提供了一种镝离子掺杂铝酸钆镧锶黄光激光晶体，通过la3+离子的掺杂使晶体结构在一定程度上发生畸变，从而增强dy3+离子的吸收和发射强度，使该晶体在被蓝光ld直接泵浦时，实现黄色激光输出。

2、本技术所述镝离子掺杂铝酸钆镧锶黄光激光晶体，其分子式为dy2xla2ygd2-2x-2ysral2o7，其中，0<x≤0.1，0<y≤0.5。

3、可选地，0.03≤x≤0.07。

4、可选地，x独立地选自0.01、0.03、0.05、0.07、0.09、0.1中任一值或上述任意二者之间的范围值。

5、可选地，0.1≤y≤0.4。

6、可选地，y独立地选自0.1、0.2、0.3、0.4、0.5中任一值或上述任意二者之间的范围值。

7、gd2sral2o7(gsao)是一类新型的铝酸盐激光基质材料，具有良好的物理化学稳定性、较好的热学性能和较低的声子能量，可用提拉法生长。dy:gsao晶体具有较大的吸收半峰宽，非常适合ld泵浦，但是其吸收和发射截面仍较小，不利于黄光激光输出。由于dy3+离子在黄光发射区的跃迁4f9/2→6h13/2受周围晶体场影响较大，属于超灵敏跃迁，可在dy:gsao晶体中掺杂与gd3+离子同族的la3+离子形成混晶，使晶体结构在一定程度上发生畸变，以此改善dy3+离子的光谱性能。这种通过掺杂半径不同的同族离子改变局域晶体场，进而改善稀土离子光谱性能的方法已经被成功应用到了多种发光材料中。

8、本技术又一方面提供了一种所述镝离子掺杂铝酸钆镧锶黄光激光晶体的制备方法，包括下面步骤：

9、(1)将包括dy2o3、la2o3、gd2o3、srco3和al2o3的混合料，压片，第一次焙烧，研磨，压片，第二次焙烧，得到dy2xla2ygd2-2x-2ysral2o7多晶原料；

10、(2)在非活性气体保护下，对所述dy2xla2ygd2-2x-2ysral2o7多晶原料提拉生长，得到所述晶体材料的单晶体。

11、可选地，所述步骤(1)中，dy2o3、la2o3、gd2o3、srco3和al2o3的摩尔比为x：y：1-x-y：1：1。

12、可选地，0.03≤x≤0.07。

13、可选地，x独立地选自0.01、0.03、0.05、0.07、0.09、0.1中任一值或上述任意二者之间的范围值。

14、可选地，0.1≤y≤0.4。

15、可选地，y独立地选自0.1、0.2、0.3、0.4、0.5中任一值或上述任意二者之间的范围值。

16、可选地，所述步骤(1)中，第一次焙烧的温度为1000-1500℃，第一次焙烧的时间为5-15h。

17、可选地，所述步骤(1)中，第一次焙烧的温度为1100-1300℃，第一次焙烧的时间为8-12h。

18、具体地，所述步骤(1)中，第一次焙烧的温度为1200℃，第一次焙烧的时间为10h。

19、可选地，第一次焙烧时，以150-250℃/h的速率升温至第一次焙烧的温度。

20、具体地，第一次焙烧时，以200℃/h的速率升温至第一次焙烧的温度。

21、可选地，所述步骤(1)中，第二次焙烧的温度为1000-1800℃，第二次焙烧的时间为5-15h。

22、可选地，所述步骤(1)中，第二次焙烧的温度为1300-1800℃，第二次焙烧的时间为8-12h。

23、具体地，所述步骤(1)中，第二次焙烧的温度为1500℃，第二次焙烧的时间为10h。

24、可选地，第二次焙烧时，以150-250℃/h的速率升温至第二次焙烧的温度。

25、具体地，第二次焙烧时，以200℃/h的速率升温至第二次焙烧的温度。

26、可选地，所述步骤(2)中，提拉生长时，提拉生长的温度为1700-1850℃，提拉速度为0.5-1.5mm/h，晶体转速为5-15rpm。

27、可选地，所述步骤(2)中，提拉生长时，提拉生长的温度为1700-1800℃，提拉速度为0.8-1.2mm/h，晶体转速为8-12rpm。

28、具体地，所述步骤(2)中，提拉生长时，提拉速度为1mm/h，晶体转速为10rpm。

29、可选地，提拉生长后，晶体以8-20℃/h速率降至室温。

30、可选地，提拉生长时，发热体为铱金坩埚，使用氧化锆作保温罩及保温材料，并用石英片封住观察窗口。

31、可选地，所述镝离子掺杂铝酸钆镧锶黄光激光晶体的制备方法，包括下面步骤：

32、(1)采用高纯的dy2o3、la2o3、gd2o3、srco3和al2o3为初始原料，按照分子式dy2xla2ygd2-2x-2ysral2o7中各物质的摩尔比准确配料，将初始原料充分混合均匀，压制成块料；将块料置于刚玉杯中，在马弗炉中以200℃/h的速率升温至1200℃，在1200℃合成10h，取出重新研磨混合均匀，压片，以200℃/h的速率升温至1500℃，在1500℃恒温合成10h，得到组分均匀的dy2xla2ygd2-2x-2ysral2o7多晶原料；

33、(2)以dy:gsao晶体作为籽晶，采用提拉法生长dy3+离子掺杂铝酸钆镧锶混晶，其主要生长条件如下：发热体为铱金坩埚，用氧化锆作保温罩及保温材料，并用石英片封住观察窗口，采用惰性气体(如n2等)保护，生长温度略高于1780℃，提拉速度为1mm/h，晶体转速为10rpm；生长结束后，缓慢地将晶体拉离液面，以8～20℃/h的速率降至室温，得到所述晶体材料的单晶体。

34、本技术又一方面提供了一种所述镝离子掺杂铝酸钆镧锶黄光激光晶体用于560-590nm的黄光激光的输出。

35、本技术能产生的有益效果包括：

36、1)本技术提供的dy3+离子掺杂铝酸钆镧锶新型黄光激光晶体中，la3+离子的有效掺入，使晶体结构在一定程度上发生畸变，极大地增强了dy3+离子的吸收和发射强度，更易实现黄光激光输出。

37、2)本技术提供的dy3+离子掺杂铝酸钆镧锶新型黄光激光晶体可采用提拉法生长出较大尺寸、质量优良的单晶体，晶体的生长工艺稳定，晶体具有良好的导热性能和光学特性，原料易得、能够直接使用ld泵浦等诸多优点，该晶体可作为一种潜在的黄光激光晶体。

38、3)本技术提供的晶体中，dy3+离子作为激活离子，实现～580nm黄光发射，la3+离子作为非光学活性离子，取代部分gd3+离子，形成混晶，使晶体结构发生畸变，增强dy3+离子吸收和发射强度。